《反求工程技术介绍》PPT课件

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1、反求工程CAD建模理论、方法和系统一、反求工程概述■先进制造技术是二十一世纪工程技术发展的核心和关键技术，反求工程（ReverseEngineering）作为产品制造和设计的重要手段之一，近年来随着激光数字化测量技术的发展，反求工程的研究内容和目标也在悄然发生着变化。■与传统意义的仿形制造不同，反求工程主要是将原始物理模型转化为工程设计概念或设计模型。一方面为提高工程设计、加工、分析的质量和效率提供充足的信息，另一方面为充分利用先进的CAD/CAE/CAM技术对已有的物件进行再创新工程服务。■广义

2、的反求工程包括:工艺反求、材料反求等，而产品的几何形状反求是反求工程的主要研究内容，这也是我们普遍所指的反求工程。■反求工程在机械、医学、工艺美术等领域得到了广泛的应用，特别在汽车、飞机等的外形设计中显示出了强大的实力。■反求工程是一门复杂的系统工程，它并不是对实物样件的简单拷贝，而是要通过样件，“反求”出可以重用和进行再创新设计所需的工程信息。反求工程研究的最终目标：寻找到一个自动或半自动的求解策略，通过这一策略能够建立与原型实物相对应的完整、一致表达的CAD模型，最理想的是全局参数化实体或表面

3、模型。■反求工程建模主要包括：数据获取、数据预处理、数据分块及曲面拟合、CAD模型生成等四个阶段，其流程如下图所示。数据获取数据预处理曲面拟合与编辑CAD模型1.数据获取技术数据获取技术是反求工程建模的第一步，它是用一定的设备对实物进行测量来获取实物的表面数据（有时也包括内部数据）。测量的方法有很多，如图所示。数据获取方法非接触方法接触方法光学声学磁学三角形法距离法结构光法图象分析法机械手坐标测量机干涉测量法二、反求工程核心技术2.数据预处理技术■噪声去除：数据噪声主要由振动、镜面反射或零件粗糙的

4、表面等因素引起，是测量中很难避免的。噪声不仅会增加曲率或法矢的估算误差，影响数据分块，而且会破坏曲面模型的光顺性，这是一个不容忽视的问题。●线扫描－－改进的能量法对曲线光顺。●图象数据－－平滑滤波方法,包括空间域方法（低通空间滤波、中值滤波、取多幅图象平均值）和频率域方法（低通滤波）。●点云数据－－基于三角网格的光顺：拉普拉斯变换、平均曲率流以及它们的混合；转化为扫描线进行光顺处理。■数据匀化：样件本身复杂的拓扑结构和固定样件所用的夹具都会引起测量数据的局部缺失，这可能会给特征提取和曲面重构带来很

5、大困难。在进行特征提取前，应通过一定的方法恢复丢失的测量信息，这就是数据匀化或数据补全技术。比较均匀分布或符合零件表面曲率变化而呈现疏密分布的测量数据，对于后续的特征提取和曲面重构具有重要的意义。数据补全过程和实例■数据压缩：随着激光测量技术的广泛应用，测量结果往往是大规模的，因此可能存在大量的冗余数据，在曲面造型前需要按一定要求减少测量点的数量，即进行数据压缩。不同类型的数据其压缩方法也不同。均匀压缩（8298个点）扫描点（68531个点）均匀压缩处理（0.31mm压缩至1.13mm）3.特征提

6、取与数据分块技术■特征提取主要针对平面、柱面、球面、锥面等二次曲面的识别与点云数据分块，其主要方法可大致分为三种：基于边的方法（Edge-BasedMethod）、基于面的方法(Surface-BasedMethod)和混合法（HybridMethod）。■数据分块是指将点云数据划分成互不重叠、特征单一的连通区域。由区域分割的定义不难看出，数据分块与特征提取具有其内在的联系，两者密不可分，属“蛋与鸡”的问题。通过数据分块进行曲面重建是反求工程建模的基本方法。●基于面的方法－－主要应用二次曲面法矢、

7、曲率(平均曲率和高斯曲率)具有一定规律的特性进行区域分割。基于面的方法又可细分为基于二次曲面曲率特殊性的方法和拟合误差控制的方法。●基于边的方法－－主要针对图象数据的几何特征提取与区域分割。分割特征包括：尖边（CreaseEdge）、跳跃边（JumpEdge）、光顺边（SmoothEdge,VirtualEdge）三种边界上的点及曲面上的点，根据边界数据点曲率的特殊性（极值点，不连续点）识别Creaseedge与Jumpedge上的点，然后利用边界数据点将图像数据分割成互不连通的独立区域。正象所有

8、的基于边的区域分割方法一样，这种方法不能识别SmoothEdge，而且识别的边界通常不封闭，因此该方法很难获得良好结果。●误差控制和几何约束求解－－多数产品零件外形含有大量二次曲面，并且它们之间一般满足一定的位置约束关系，而在以往的特征曲面拟合算法中只以单一曲面的拟合误差最小作为优化条件。实际上复杂的反求工程建模提出了要求满足一定几何约束关系的特征曲面整体优化计算与特征分离问题，4.曲面重构技术■曲面重构是反求工程的最重要的一步，也是反求工程CAD建模的主要目的之一。重构曲面的品质